المحتوى

• خطوات
• أسئلة وأجوبة المجتمع
• تحذيرات

أقسام أخرى

الهيدروجين هو أخف عنصر وله العديد من الاستخدامات الصناعية ، بما في ذلك إنتاج الدهون المهدرجة لاستخدامها في المطبخ وإنتاج الهيدروكربونات من الفحم. إنه جزء أساسي من جزيئات الماء ويمكن فصله باستخدام كمية صغيرة من الكهرباء. يمكنك أيضًا إنتاج غاز الهيدروجين باستخدام بعض المعادن النشطة والأحماض القوية. كلتا الطريقتين بسيطتان نسبيًا وستسمحان لك بجمع غاز الهيدروجين.

خطوات

طريقة 1 من 2: استخدام إزاحة الماء بالمعادن النشطة

1. 

   اجمع المواد اللازمة. لتجميع الهيدروجين باستخدام تفاعل خلط حمض قوي بمعدن نشط ، ستحتاج إلى: دورق إرلنماير ، سدادة مطاطية ، أنبوب بلاستيكي ، ماء مقطر ، أنابيب اختبار ، وعاء كبير ، 3 مولار حمض الهيدروكلوريك (HCl) ، و كريات المغنيسيوم أو الزنك.
   • دورق المخروطي هو دورق زجاجي ذو قاع مخروطي وعنق أسطواني.
   • السدادة المطاطية لأعلى القارورة وتحتاج إلى فتحة في المنتصف حتى يمر الأنبوب من خلالها.
   • إما المغنيسيوم أو الزنك سيعملان في هذه التجربة ، فأنت لست بحاجة إلى كليهما.
   • قد يلزم شراء بعض هذه المستلزمات عبر الإنترنت أو من متجر مستلزمات المعامل.

2. 

   
   
   ارتدِ معدات الحماية المناسبة. عند العمل باستخدام حمض قوي مثل حمض الهيدروكلوريك ، فأنت تريد التأكد من اتخاذ احتياطات السلامة المناسبة. من الضروري ارتداء معطف المختبر والقفازات والأحذية المغلقة من الأمام وحماية العين.
   • يجب أن تلتف النظارات الواقية حول جوانب عينيك لحمايتها من البقع.
   • ارتدِ قفازات مناسبة تمامًا حتى تحافظ على براعة يديك وأصابعك.

3. 

   
   
   تحضير الإعداد التجريبي. أدخل أحد طرفي الأنبوب في فتحة السدادة المطاطية. تريد أن يمر الأنبوب طوال الطريق عبر السدادة المطاطية ويخرج قليلاً من النهاية. املأ الحاوية الكبيرة بالماء وضع الطرف الحر للأنبوب في الماء. عندما تبدأ التجربة ، ستضع السدادة المطاطية في دورق Erlenmeyer.
   • ضع هذه القطع جانبًا حتى تكون جاهزًا لاستخدامها.

4. 

   
   
   اغمر أنبوب الاختبار في الماء. خذ أنبوب اختبار واحدًا على الأقل (يمكنك استخدام المزيد إذا كنت ترغب في جمع المزيد من الهيدروجين) واغمره في الماء. قم بإمالة الأنبوب حتى تتمكن جميع فقاعات الهواء من الهروب. ضع الأنبوب أعلى الأنبوب المغمور المرفق بالسدادة المطاطية على الطرف المقابل.
   • من الضروري إزالة جميع فقاعات الهواء من الأنبوب قبل أن تبدأ. إذا لم تكن كذلك ، فسيكون الغاز المتجمع في الأنبوب أكثر من مجرد هيدروجين.

5. 

   أضف حمض الهيدروكلوريك إلى دورق إرلنماير. أضف ما يكفي من حمض الهيدروكلوريك لملء الدورق في منتصف الطريق تقريبًا. يجب أن يكون حوالي 100 مل كافياً. تأكد من أن القارورة نظيفة وجافة قبل إضافة الحمض. ارتد قفازات مطاطية وتوخى الحذر عند ملء القارورة.
   • احرص على عدم سكب أي ماء في الحمض. يمكن أن يؤدي الماء المضاف إلى الحمض إلى حدوث انفجار وإصابة.

6. 

   ابدأ التفاعل الكيميائي بإضافة كريات معدنية إلى حمض الهيدروكلوريك. أضف حفنة من حبيبات الزنك أو المغنيسيوم إلى حمض الهيدروكلوريك في القارورة. الكمية الدقيقة التي تدخلها ليست مهمة ، لكن حفنة صغيرة يجب أن تكون كافية لبدء التفاعل.
   • بعد إضافة الكريات ، ضع السدادة في القارورة بحيث يتم إغلاق النظام الآن.

7. 

   اجمع الهيدروجين في أنبوب اختبار مغمور. عندما يتفاعل المعدن مع الحمض ، يتم إنتاج غاز الهيدروجين. ينتقل هذا الهيدروجين إلى أعلى القارورة ، عبر الأنبوب وإلى أنبوب الاختبار المغمور في الماء. سوف يحل الغاز محل الماء ويجب أن ترى شكل فقاعة في الجزء العلوي من أنبوب الاختبار.
   • عندما يمتلئ أنبوب الاختبار بالهيدروجين ، اغمر أنبوبًا آخر بالماء وضعه فوق الأنبوب. يمكنك تجميع كمية الهيدروجين التي ينتجها تفاعلك.
   • اجعل أنابيب الاختبار متجهة لأسفل لمنع غاز الهيدروجين من التسرب إلى الهواء.

8. 

   تأكد من أن الغاز عبارة عن هيدروجين. للتأكد من أن الغاز عبارة عن هيدروجين ، يمكنك إجراء ما يسمى باختبار الجبيرة. أشعل عود ثقاب وثبته أسفل الأنبوب. ستسمع صوت فرقعة أو صرير يشير إلى وجود الهيدروجين.

طريقة 2 من 2: استخدام التحليل الكهربائي

1. 

   اجمع المواد اللازمة. في هذه التجربة ، ستستخدم الكهرباء لفصل غازات الهيدروجين والأكسجين عن جزيئات الماء. لتجميع غاز الهيدروجين باستخدام التحليل الكهربائي ، ستحتاج إلى بطارية 9 فولت وقلم رصاص وأنابيب اختبار ووعاء بلاستيكي وماء وصودا الخبز وشريطين مطاطيين كبيرين (اختياريًا) ومقطع بطارية به مشابك في النهاية.
   • يجب أن يحتوي القلم الرصاص على الجرافيت حتى يعمل هذا. قلم رصاص رقم 2 مثالي. ستعمل قطعتان صغيرتان من الجرافيت أيضًا لهذا الغرض.
   • يكفي وجود وعاء أو وعاء صغير لتخزين الطعام.
   • تأكد من أن مشبك البطارية يمكن أن يصلح لبطارية 9 فولت وأن بها سلكًا أحمر وأسود مع مشابك التمساح في النهاية. سيتم استخدام هذه المشابك لتوصيل نظامك بالبطارية.

2. 

   قم بإزالة الممحاة من القلم الرصاص وكسر القلم إلى نصفين. أنت بحاجة إلى قطعتين من الجرافيت ، واحدة للطرف الموجب للبطارية وللنهاية السالبة للبطارية. اشحذ طرفي كل قطعة من قلم الرصاص إلى حد ما. تأكد من تعرض الجرافيت جيدًا.
   • يمكن تخطي هذه الخطوة إذا كان لديك بالفعل قطعتين من الجرافيت النقي.

3. 

   لف شريطين من المطاط حول الحاوية بشكل X. هذه الخطوة اختيارية ، ولكنها طريقة سهلة للحفاظ على أنابيب الاختبار في مكانها أثناء تشغيل التجربة. قم بتمديد شريط مطاطي واحد فوق الحاوية ومدد شريطًا مطاطيًا آخر فوقه بحيث يمر فوق الأول ، مكونًا علامة X.
   • إذا كنت لا تستخدم الأربطة المطاطية ، فتأكد من تأمين أنابيب الاختبار بشريط أو خيط حتى تظل رأسًا على عقب أثناء التجربة.

4. 

   اصنع محلول ماء وصودا الخبز. سيساعد إذابة صودا الخبز في الماء على توصيل الكهرباء في النظام. الكمية الدقيقة من صودا الخبز المضافة ليست مهمة ، ولكن يجب أن تكون حوالي ملعقة صغيرة لكل كوب ماء كافية. يقلب حتى يذوب تماما.
   • استخدم الماء الدافئ لتسريع إذابة صودا الخبز.

5. 

   املأ الحاوية البلاستيكية وأنابيب الاختبار بمحلول صودا الخبز. يجب أن تكون الحاوية كبيرة بما يكفي لاستيعاب كل من أنابيب الاختبار. أضف ما يكفي من المحلول لملء الحاوية بحوالي ثلاثة أرباعها. اغمر أنابيب الاختبار في محلول الحاوية واقلبها رأسًا على عقب. ضع كل أنبوب في صليب الشريط المطاطي X لتثبيته في مكانه.
   • من المهم جدًا أن يكون كلا أنبوبَي الاختبار ممتلئين تمامًا بالماء ولا تبقى فقاعات هواء.

6. 

   اربط مشابك التمساح بالجرافيت. خذ مشبكًا واحدًا من مشبك البطارية وأرفقه بنهاية أحد أقلام الرصاص. تأكد من أنه يلمس أكبر قدر ممكن من الجرافيت. افعل الشيء نفسه مع مشبك التمساح المتبقي وقطعة القلم الرصاص.
   • يجب إرفاق قلم واحد بالمشابك الأحمر وقلم رصاص واحد بالمشابك الأسود.

7. 

   أدخل طرف القلم غير المثبت داخل أنبوب الاختبار. مع إبقاء أنبوب الاختبار مغمورًا تمامًا ، قم بإمالته قليلاً حتى تتمكن من إدخال طرف القلم الرصاص في الأنبوب. كرر هذه العملية بالقلم الرصاص الآخر وأنبوب الاختبار الآخر.
   • في هذه المرحلة ، يجب أن يكون كل شيء تحت الماء ويجب أن تكون هناك قطعة واحدة من القلم الرصاص داخل كل أنبوب اختبار.
   • احتفظ بنهاية مشبك البطارية المتصل بالبطارية بعيدًا عن الماء.

8. 

   قم بتوصيل مشبك البطارية بالبطارية 9 فولت. مع إعداد كل شيء ، فأنت الآن جاهز لاستخدام الكهرباء التي توفرها بطارية 9 فولت. يجب أن يكون طرف مشبك البطارية بارزًا خارج الحاوية ، لذا قم ببساطة بتثبيت البطارية في مكانها. بمجرد توصيل البطارية ، ستلاحظ ارتفاع الفقاعات من نهاية الجرافيت وتطفو إلى أعلى كل أنبوب اختبار.
   • إذا كنت لا ترى فقاعات منتجة ، فتحقق للتأكد من أن مشابك التمساح مثبتة بإحكام على جرافيت القلم الرصاص. تحقق أيضًا من أن بطاريتك مشحونة بالكامل.
   • سوف ينتج أنبوب الاختبار ذو السلك السالب المرفق بالقلم الرصاص الهيدروجين ، بينما ينتج أنبوب الاختبار المتصل بالسلك الموجب للبطارية الأكسجين.

9. 

   اجمع الهيدروجين والأكسجين في أنبوبي الاختبار حتى يكون لديك بضع بوصات من الغاز في كل أنبوب. تذكر أن الأنبوب المتصل بالطرف السالب للبطارية سيحتوي على الهيدروجين وسيكون الأكسجين في الأنبوب المتصل بالطرف الموجب. قم بإزالة أنابيب الاختبار من الجرة ، واحدة تلو الأخرى. احتفظ بها رأسًا على عقب واترك الماء يستنزف. سيبقى الغاز في الأنابيب حتى لو لم تتمكن من رؤيته.

10. 

    اختبر وجود الهيدروجين. يمكنك اختبار وجود الهيدروجين عن طريق ضرب عود ثقاب وإبقاء اللهب في مواجهة الغاز. سيصدر صوت "فرقعة حاد" مميز جدًا إذا كان هيدروجينًا. يمكنك أيضًا استخدام شمعة مضاءة بدلاً من المطابقة.
    • لاختبار وجود الأكسجين في أنبوب الاختبار المتصل بالجانب الإيجابي لمصدر الطاقة ، قم بتفجير تطابق مضاء (أو شمعة) وضع النهاية المتوهجة أسفل أنبوب الاختبار. إذا اشتعلت الشمعة ، فإن الأكسجين موجود.

أسئلة وأجوبة المجتمع

هل أحتاج إلى أنبوبين اختبار إذا كنت أرغب في جمع الهيدروجين فقط؟

بيس روف ، ماساتشوستس
عالم البيئة بيس روف طالب دكتوراه في الجغرافيا بجامعة ولاية فلوريدا. حصلت على درجة الماجستير في العلوم البيئية والإدارة من جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا في عام 2016. أجرت أعمال مسح لمشاريع التخطيط المكاني البحري في منطقة البحر الكاريبي وقدمت دعمًا بحثيًا كزميل متخرج لمجموعة مصايد الأسماك المستدامة.

عالم بيئي إذا كنت ترغب فقط في جمع الهيدروجين باستخدام طريقة التحليل الكهربائي ، يمكنك استخدام أنبوب اختبار واحد. تأكد من أن الأنبوب الذي تستخدمه متصل بالطرف السالب للبطارية.

ما مقدار الهيدروجين الذي يمكن جمعه من هذه التجربة البسيطة للتحليل الكهربائي؟ وما هو ضغط غاز الهيدروجين؟

هذا يعتمد على. يعتمد معدل التفاعل (انقسام الماء) على أمبير البطارية والوقت المتبقي للتفاعل. عادةً ما يكون الهيدروجين عند مستوى ضغط مستوى سطح البحر تقريبًا ما لم تقم بالتجربة في بيئة حارة أو باردة حقًا.

لماذا يتجمع الهيدروجين في الأنبوب السالب

نظرًا للطريقة التي تشترك بها جزيئات الماء في الإلكترونات ، فإن ذرات الهيدروجين مشحونة إيجابًا وذرات الأكسجين سالبة الشحنة. عند سحب الغازات ، سينجذب الهيدروجين موجب الشحنة إلى الأنبوب السالب ، بينما ينجذب الأكسجين سالب الشحنة إلى الأنبوب الموجب.

لماذا لم يتسرب الغاز من أنبوب تجميع الغاز الخاص بي؟

إنه الهيدروجين ، وهو غاز أخف من جميع الأنواع الأخرى ، بما في ذلك الهيليوم ، مما يعني أنه سيبقى في أنبوب الاختبار طالما أن الطرف المغلق للأنبوب في الأعلى لأن الغازات الأخرى تحل محله. سبب استخدامنا للهليوم بدلاً من الهيدروجين هو أنه غير قابل للاشتعال. هذا بسبب حقيقة أنه غاز نبيل (له غلاف تكافؤ كامل من 8 إلكترونات) وبالتالي فهو غير تفاعلي.

هل سيكون الغاز شديد الاشتعال؟

نعم. شاهد كارثة هيندنبورغ على موقع يوتيوب. استخدمت منطاد الزبلين الهيدروجين لأنه أخف غاز ، ويسهل الحصول عليه إلى حد ما. وهذا أيضًا سبب عمل بعض صانعي السيارات على سيارات تعمل بالهيدروجين.

هل هذا هو الشكل السائل للهيدروجين؟

لا - سيكون الهيدروجين في هذه التجربة غازيًا

• 
  
  كيف أسيل الهيدروجين؟ إجابة

تحذيرات

• كن حذرا مع الهيدروجين النقي. إنه شديد الانفجار عند مزجه بالهواء.
• تأكد من إزالة كل الهواء الآخر من المعدات التي تجمع الهيدروجين بها.